Импульсное перенапряжение – это резкое увеличение напряжения в точке электрической сети, вслед за которым напряжение восстанавливается до первоначального или близкого к нему уровня. Импульсные перенапряжения длятся кратковременно, до 0,005 с (5 мс).
Импульс перенапряжения характеризуется амплитудой Uи.а и продолжительностью его действия Δ tп 0,5 при напряжении 0,5Uи.а.
Перенапряжения делятся на внешние и внутренние, в зависимости от места, где они возникают (по отношению к электроустановке).
Внешние перенапряжения чаще всего возникают от действия
высоковольтного атмосферного разряда во внешних цепях (по от-
ношению к электроустановке). Этот разряд оказывает прямое или
непрямое воздействие.
Прямое воздействие возникает при прямом ударе молнии
в электроустановку. При этом возникают большие (десятки или сот-
ни кА) кратковременные токи и перенапряжения на проводящих
элементах электроустановки. Защита от прямого удара молнии
осуществляется с помощью молниеотводов.
Непрямое воздействие молнии встречается наиболее часто. Оно
проявляется в следующих случаях:
1) при ударе молнии в линии электропередачи, от которой получает питание электроустановка. Вследствие этого перенапряжение
достигает нескольких десятков тысяч вольт, а значение тока – нескольких тысяч ампер. Грозовой разряд носит характер бегущей волны с большой крутизной и временем возрастания от нуля до максимума за 1–8 мкс и длительностью до 350 мкс. Перенапряжение по линии электропередач переносится к потребителям;
2) при ударе молнии внутри облака или между облаками, в деревья или другие предметы. Вследствие электромагнитного излучения индуцируются перенапряжения в проводах наружных и внутренних цепей;
3) при ударе молнии в землю вблизи заземления или заземляюще-
го контура. Возникает скачек напряжения на заземляющем провод-
нике, проникающий в электроустановку через ее заземление.
Временное перенапряжение – повышение напряжения в электрической сети выше 110 % номинального напряжения продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутации или коротких замыканиях.
На рисунке приведена графическая зависимость изменения мгновенных значений напряжения сети частотой 50 Гц при временных перенапряжениях продолжительностью примерно 44 мс. Временное перенапряжение характеризуется продолжительностью перенапряжения П t и кратностью перенапряжения:
где Umax а – амплитуда перенапряжения, В;
Uном.а – амплитуда номинального напряжения, В.
Примером искрового разрядника простейшего типа является предохранитель пробивной ПП-А/3 Кашинского завода низковольтной аппаратуры (Россия). Он предназначен для воздушных сетей до 1 кВ, 50–60 Гц. В сетях напряжением 220/230 В пробивное напряжение разрядника составляет 351–600 В; в сетях 380/400 В – 701–1000 В; в сетях 660/690 В –110–1600 В. Разрядник рассчитан на прохождение после пробоя сопровождающего максимального тока 200 А в течении 10 мин.
Пробивной предохранитель ПП-А/3 состоит из двух основных частей: головки 1 и основания 2, соединенных вместе посредством гильз, имеющих резьбу.
Основание пробивного предохранителя имеет два выступающих контактных вывода 3 и 4. Один из контактов выполнен в виде скобы 4, приваренной к гильзе. Скоба с гильзой установлены в фарфоровом основании и закрепленных в нем с помощью пластмассовой колодочки и болта М6 с гайками. Выступающий конец скобы и латунный болт М6 служат для подключения предохранителя в цепь.
Головка 1 предохранителя снабжена двумя электродами 5 и 6 (разрядными шайбами). Электрод 5 при ввинчивании головки в основание образует контактное соединение с болтом М6. Между электродами 5 и 6 располагается слюдяная прокладка с четырьмя отверстиями по окружности. Прокладка служит для осуществления точного искрового промежутка, обеспечивающего заданную разрядную характеристику. В отверстиях прокладки происходит пробой по воздушному промежутку. Электроды совместно с прокладкой прочно затянуты винтом, который закреплен в резьбе втулки, размещенной в центре головки предохранителя.
В более сложных разрядниках применяют герметичную керамическую оболочку, заполненную инертным газом, внутри которой размещены электроды из специальных материалов.
Недостатки искровых разрядников открытой конструкции – влияние окружающей среды на пробивное напряжение и низкая способность восстанавливать изоляцию искрового промежутка после пробоя. Вследствие этого возникает сопровождающий ток КЗ частотой сети.
На смену искровым пришли вентильные разрядники. Они обяза-
тельно имеют искровой промежуток и нелинейный резистор (вари-
стор), включенные последовательно. Искровой промежуток обеспечи-
вает изоляционные свойства разряднику, а нелинейный резистор –
ограничение импульса тока и напряжения. Ограничение перенапряже-
ний происходит потому, что варистор имеет следующее свойство: чем
выше напряжение, прикладываемое к нему, тем ниже его сопротивле-
ние. Это дает возможность при импульсе перенапряжения и пробива-
нии искрового промежутка пропускать большой импульс тока, а при
снижении напряжения импульса – восстанавливать сопротивление и
свои изоляционные свойства.
Вентильный разрядник имеет зажим 1 для сетевого провода,
одинарный искровой промежуток 5 и нелинейный резистор 7 в виде
диска, выполненный из материала, близкого по составу к вилиту.
Одинарный искровой промежуток 5 прижат к нелинейному рези-
стору 7 пружиной 2 и находится внутри фарфорового корпуса 6.
Для герметизации всех этих частей сверху и снизу установлены
крышки 3 и 8 и прокладки из герметизирующей резины 4 и 9 из спе-
циальной резины. К крышкам прикреплены зажимы заземления 1 и 10.
Вентильные разрядники способны пропускать токи до 10–14 кА
(при длине фронта импульса 10 мкс). Напряжение, возникающее на
зажимах вентильного разрядника, при указанных условиях, опреде-
ляется выражением
ΔU = n AI α ,
где n – число дисков разрядника с нелинейным сопротивлением;
А – постоянный коэффициент, В/А;
α – показатель нелинейности, α = 0,13–0,2.
Недостаток вентильных разрядников состоит в наличии искро-
вых промежутков (в связи с этим пробивное напряжение не ниже
0,5 кВ), а также в ограниченной пропускной способности. Напри-
мер, вентильные разрядники в сети 0,4 кВ имеют пропускную спо-
собность 2,5 кА при импульсе перенапряжения с характеристикой
8/20 мкс. При этом остающееся напряжение на выводах разрядника
составляет 2,5–2,9 кВ. Такое остающееся напряжение приемлемо
только для внешних электрических сетей.
Ограничители перенапряжения нелинейные (ОПН) по всем по-
казателям превосходят вентильные разрядники. Они представляют
собой варисторы, изготовленные из окиси цинка (ZnO) с добав-
лением оксидов других материалов с целью стабилизации их
свойств. Варисторы имеют высокий коэффициент нелинейности
α = 0,04 (против 0,13–0,2 у вилита). Благодаря этому в большей
степени снижаются перенапряжения на варисторе. При номиналь-
ном напряжении через варистор протекает очень малый ток (доли
мА) в связи с большим сопротивлением варистора. При перенапря-
жениях сопротивление падает в 106 раз. Сопровождающий ток,
протекающий после пропускания импульса тока (срабатывания ва-
ристора), составляет миллиамперы. Следовательно, невелика мощ-
ность, выделенная в варисторе. Это позволяет отказаться от после-
довательного включения с ними искровых промежутков, ограничи-
вающих сопровождающий ток.
По сравнению с вентильными разрядниками варисторы из ZnO
имеют следующие преимущества:
1) глубокий уровень ограничения всех видов волн перенапряжения;
2) отсутствие сопровождающего тока после затухания волны пе-
ренапряжения;
3) стабильность характеристик в широком диапазоне температур
и устойчивость к старению;
4) способность к рассеиванию больших энергий (импульсный
ток до 100 кА);
5) прямое подключение к защищаемой сети без искровых про-
межутков;
6) простота конструкции;
7) малые габариты и вес, стойкость к атмосферным загрязнени-
ям и к вибрации.
Для электрических сетей 0,4 кВ и трансформаторных подстан-
ций взамен вентильных разрядников типа РВН-0,5МНУ1 предна-
значены ограничители перенапряжения ОПН-П1
Конструкция ОПН-П1-0,38УХЛ1 первой модели (а),
общий вид ОПН-П1-0,38УХЛ1 второй модели (б),
вариант крепления ОПН на проводниках воздушной линии (в):
1, 5 – выводы; 2 – варистор; 3 – корпус; 4 – ленточный проводник;
6 – пружина; 7, 8 – контактная шайба
Внутри пластмассового корпуса 3 находится варистор 2. К кон-
тактной шайбе 8 подводится вывод 1, а к шайбе 7 через ленточный
проводник 4 – вывод 5. Варистор прижат пружиной 6.
Важное значение в системе грозозащиты воздушной линии
0,4 кВ имеют грозозащитные заземления. Грозозащитные заземле
ния на ВЛ – 0,4 кВ для условий Беларуси (число грозовых часов
в году не более 40) должны выполняться через 100–120 м и иметь
сопротивление не более 30 Ом.
Условное обозначение УЗИП:
а – разрядник грозовой защиты;
б – искровой разрядник суммарного тока для установки между нулевым
защитным проводником (N) и защитным проводником (PE);
в – управляемый искровой разрядник;
г – варистор с тепловым разделителем;
д – варистор с тепловым и динамическим разделителями;
е – вентильный разрядник с тепловым разделителем;
ж – то же, но с контактами сигнализации;
з – комбинированный из двух блоков УЗИП (управляемый искровой
разрядник и параллельно включенный варисторный блок);
и – комбинированный из двух блоков УЗИП (вентильный разрядник и параллельно включенный искровой разрядник)
Электрические схемы УЗИП типа ОПС1:
1 – встроенное тепловое инерционное устройство расцепления;
2 – варистор; 3 – сменный защитный модуль
Электрооборудование по способности его изоляции выдержи-
вать периодически возникающее импульсное напряжение во время
грозовых или коммутационных перенапряжений разделяют на че-
тыре категории перенапряжений (категории импульсных выдержи-
ваемых напряжений).
Оборудование категории I - специальное оборудование, кото-
рое, будучи присоединено к существующим электроустановкам
зданий, нуждается в дополнительных устройствах защиты от им-
пульсных перенапряжений. Эти УЗИП могут быть встроены в обо-
рудование категории I или расположены между этим оборудовани-
ем и остальной частью электроустановки. Пример такого оборудо-
вания - персональные компьютеры, которые подключены к пи-
тающей сети через удлинители со встроенными УЗИП.
Оборудование категории II - оборудование, которое присоеди-
няется к существующим электроустановкам зданий посредством
штепсельных розеток и других аналогичных соединителей. Приме-
ры такого оборудования __ бытовые электроприборы, радиоэлек-
тронные приборы, переносной инструмент.
Оборудование категории III - оборудование, установленное
внутри зданий, которое составляет часть конкретной электроуста-
новки здания и доступно для обычных лиц и необученного персо-
нала. Примеры такого оборудования - распределительные пункты,
щиты, силовые кабели, выключатели и розетки, электроплиты, ста-
ционарно подключенные электродвигатели.
Оборудование категории IV - оборудование, установленное
вблизи от электроустановок зданий (внутри или снаружи) перед
главным распределительным щитом, которым может быть вводно-
распределительное устройство для многоэтажных или производст-
венных зданий, или квартирный щиток для индивидуальных зда-
ний. Примеры такого оборудования - электрические счетчики,
первичные аппараты защиты от сверхтоков, УЗИП, размещенные
во вводных устройствах и доступные только квалифицированному
персоналу.
Назначение УЗИП разных классов изложено в таблице.
ВРУ – вводно-распределительное устройство; РЩ – распределительный щит;НКУ – низковольтное комплектное устройство;
БР – блок розеток с встроенным УЗИП
Цели выбора УЗИП: обеспечить максимальные условия защиты
изоляции электроустановки и предохранить УЗИП от аварийных
режимов.
Перед выбором УЗИП необходимо иметь представление о трех
группах параметров: о свойствах защищаемого объекта; об элек-
трической сети; об условиях установки и окружающей среде.
О свойствах защищаемого объекта необходимо знать следую-
щие характеристики: тип защищаемой электроустановки; способы
включения ее в сеть; номинальное испытательное напряжение изо-
ляции электроустановки; ожидаемые уровни токов молнии.
Электрическая цепь должна характеризоваться следующими ха-
рактеристиками: наибольшим напряжением сети; видом ввода (воз
душный или кабельный); системой заземления; максимальным
временем продолжения КЗ на землю; величиной тока КЗ в месте
установки УЗИП; максимальным значением медленно изменяю-
щихся перенапряжений и временем их действия; длиной кабельно-
го участка.
Условия установки и окружающей среды должны учитывать
температуру и влажность окружающего воздуха, а также место
и способ установки УЗИП.
Один из параметров выбора УЗИП – выбор наибольшего дли-
тельно допустимого рабочего напряжения Uc. При выборе должно
быть использовано условие:
где Uн.сети – номинальное напряжение электрической сети в месте установки УЗИП, В.
В сельском хозяйстве Беларуси используется силовая электриче-
ская сеть 220/380 В с глухозаземленной нейтралью. УЗИП в этой
сети устанавливаются на фазное напряжение сети. В этом случае:
Следовательно, УЗИП должно иметь Uc > 242 В.
Максимальное длительное рабочее напряжение (Uc) УЗИП долж-
но быть согласовано с возможным временным перенапряжением.
Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:
Email: Нажмите что бы посмотреть